Bài 10 - Các Kiểu Dữ Liệu Trừu Tượng - Danh Sách Liên Kết, Ngăn Xếp, Hàng đợi

 Kết thúc của danh sách liên kết với con trỏ NULL  Ngăn xếp có cấu trúc LIFO.  Hàng đợi có cấu trúc FIFO[r]

Ngôn ngữ lập trình

Bài 10:

Các Kiểu Dữ Liệu Trừu Tượng:

Danh sách liên kết, Ngăn xếp, Hàng đợi

Giảng viên: Lê Nguyễn Tuấn Thành

Email:thanhlnt@tlu.edu.vn

Bộ Môn Công Nghệ Phần Mềm – Khoa CNTT

Trường Đại Học Thủy Lợi

Giới thiệu

 Danh sách liên kết

 Được xây dựng sử dụng con trỏ

 Tăng giảm kích thước trong thời gian chạy

 Cây cũng sử dụng con trỏ

 Con trỏ là xương sống của những cấu trúc này

 Sử dụng biến động

 Thư viện mẫu chuẩn (STL)

 Có những phiên bản định nghĩa sẵn của một vài cấu trúc

Cách tiếp cận

4

 Có 3 cách để xử lý những cấu trúc dữ liệu này

1. Cách tiếp cận C-style: sử dụng hàm và cấu trúc toàn cục

với mọi thứ đều public

2. Sử dụng lớp với các biến thành viên private và các hàm

accessor – mutator

3. Sử dụng lớp bạn

 Danh sách liên kết sử dụng phương thức 1 (hoặc 2)

 Ngăn xếp, Hàng đợi sử dụng phương thức 2

 Cây sử dụng phương thức 3

Nút và danh sách liên kết

 Danh sách liên kết

 Một ví dụ đơn giản của “cấu trúc dữ liệu động”

 Bao gồm nhiều nút

 Mỗi nút là một biến kiểu cấu trúc hoặc đối tượng của

lớp (có thể tạo tự động với lệnh new)

 Nút cũng bao gồm con trỏ trỏ tới những nút khác

 Cung cấp “sự liên kết”

Nút và con trỏ

6

Con trỏ head

8

 Đối tượng với nhãn “head” không phải là một nút:

ListNodePtr head;

 Là một con trỏ đơn giản tới một nút

 Trỏ tới nút đầu tiên trong danh sách

 Head được sử dụng để lưu trữ vị trí đầu tiên trong danh

sách

 Cũng được sử dụng như đối số truyền vào hàm

 Được gọi là toán tử mũi tên (arrow operator)

 Kí hiệu viết tắt là sự kết hợp của hai toán tử * và

 Viết lại câu lệnh trên bằng: head->count=12;

 cin>>head->item:

 Gắn chuỗi nhập vào cho biến thành viên item

Dấu hiệu kết thúc (end markers)

10

 Sử dụng NULL cho con trỏ nút

 Được xem như “lính canh” (sentinel) cho các nút

 Chỉ định rằng không còn liên kết sau nút này

 Cung cấp dấu hiệu kết thúc

Truy cập dữ liệu trong nút

Danh sách liên kết

12

 Nút đầu tiên gọi là head

 Được trỏ tới bởi con trỏ tên là head

 Nút cuối cùng cũng đặc biệt

 Biến con trỏ thành viên của nó là NULL

 Dễ dàng kiểm tra kết thúc của danh sách liên kết

Định nghĩa lớp danh sách liên kết

class IntNode

{

public:

IntNode() { } IntNode(int theData, IntNode* theLink) : data(theData), link(theLink) { } IntNode* getLink() {return link;}

int getData() {return data;}

void setData(int theData) {data = theData;}

void setLink(IntNode* pointer) {link=pointer;}

Lớp danh sách liên kết

14

 Chú ý hàm khởi tạo 2 tham số

 Cho phép tạo các nút với dữ liệu riêng biệt và thành viên liên kết được chỉ định

 Ví dụ: IntNodePtr p2 = new IntNode(42, p1);

Tạo nút đầu tiên

 IntNodePtr head;

 Khai báo biến con trỏ head

 head = new IntNode;

 Cấp phát động cho nút mới

 Nút đầu tiên đã trong danh sách và được gán cho head

 head->setData(3);

head->setLink(NULL);

 Đặt dữ liệu cho nút head

 Đặt liên kết của nút đầu là NULL, bởi chúng ta mới chỉ có 1 nút!

Minh họa thêm một nút cho head của danh sách liên kết

16

Trường hợp bị mất nút

Chèn một nút vào giữa danh sách liên kết (1/2)

18

Chèn một nút vào giữa danh sách liên kết (2/2)

Xóa một nút

20

Tìm kiếm trong danh sách liên kết

 Hàm với hai đối số

IntNodePtr search(IntNodePtr head, int target);

// Điều kiện trước: con trỏ head trỏ tới đầu danh sách liên kết

// Con trỏ của nút cuối cùng là NULL.

// Nếu danh sách rỗng, head là NULL

// Trả về con trỏ tới nút đầu tiên chứa giá trị target

// Nếu không tìm thấy, trả về NULL

 Đơn giản là duyệt qua (traversal) danh sách

 Giống như duyệt mảng

Mã giả cho hàm tìm kiếm

Thuật toán cho hàm tìm kiếm

while (here->getData() != target &&

here->getLink() != NULL) here = here->getLink();

if (here->getData() == target)

return here;

else

return NULL;

Ngăn xếp

(Stack)

24

 Cấu trúc dữ liệu ngăn xếp

 Lấy ra dữ liệu theo thứ tự ngược với khi được lưu trữ

 LIFO – Last-in/First-out (vào sau, ra trước)

 Ngăn xếp được sử dụng cho nhiều tác vụ

 Truy vết những lời gọi hàm

 Quản lý bộ nhớ

 Sử dụng danh sách liên kết để cài đặt ngăn xếp

 Thao tác Push: thêm dữ liệu vào ngăn xếp

 Đẩy vào từ vị trí đầu tiên của ngăn xếp

 Thao tác Pop: lấy dữ liệu ra khỏi ngăn xếp

 Lấy ra từ vị trí đầu tiên của ngăn xếp

Minh họa ngăn xếp

File giao diện của

một lớp khuôn mẫu ngăn xếp (1/2)

26

File giao diện của

một lớp khuôn mẫu ngăn xếp (2/2)

Driver lớp khuôn mẫu ngăn xếp chương trình mẫu (1/3)

28

Driver lớp khuôn mẫu ngăn xếp chương trình mẫu (2/3)

Driver lớp khuôn mẫu ngăn xếp chương trình mẫu (3/3)

30

Hàng đợi (Queue)

 Một cấu trúc dữ liệu phổ biến khác

 Xử lý dữ liệu theo cách First-in/First-out (vào trước/ra trước

- FIFO)

 Dữ liệu được chèn vào cuối danh sách

 Dữ liệu được lấy ra từ đầu danh sách

File giao diện của

một lớp khuôn mẫu hàng đợi (1/3)

32

File giao diện của

một lớp khuôn mẫu hàng đợi (2/3)

File giao diện của

một lớp khuôn mẫu hàng đợi (3/3)

34

Driver lớp khuôn mẫu giao diện: chương trình mẫu

36

 Xây dựng để duyệt dữ liệu

 Cho phép bất kỳ hành động nào được yêu cầu trên dữ liệu

 Con trỏ thường được sử dụng như iterator

 Nhớ lại: danh sách liên kết – một cấu trúc dữ liệu

nguyên mẫu/điển hình (prototypical)

 Con trỏ: ví dụ điển hình của iterator, duyệt qua danh sách

từ vị trí đầu tiên

Node_Type *iterator;

for (iterator = Head; iterator != NULL; iterator=iterator->Link)

Do_Action

Lớp iterator

 Linh hoạt hơn so với con trỏ

 Các toán tử được nạp chồng điển hình như

 ++ dịch chuyển tiến iterator sang vị trí tiếp theo

 dịch lùi iterator về vị trí trước

 == so sánh bằng với iterator

 != so sánh khác với iterator

 * truy cập một vị trí/mục

 Lớp cấu trúc dữ liệu sẽ có 2 hàm thành viên

 begin(): trả iterator về vị trí đầu tiên trong cấu trúc

 end(): kiểm tra iterator có ở vị trí cuối không

Giới thiệu về cây

 Cây là một cấu trúc dữ liệu phức tạp

 Giới thiệu những điều cơ bản trong bài học này

 Xây dựng, thao tác với cây

Cây nhị phân (1/2)

40

Cây nhị phân (2/2)

Thuộc tính của cây

42

 Đường đi

 Từ đỉnh tới một nút bất kỳ

 Không quay vòng, đi theo con trỏ sẽ đến vị trí cuối cùng

 Chú ý ở đây mỗi nút có 2 liên kết

 Được gọi là cây nhị phân (binary tree)

 Kiểu phổ biến nhất của cây

Cây và đệ quy

 Thấy rằng: cây có cấu trúc đệ quy

 Mỗi cây có 2 cây con

 Mỗi cây con lại có hai cây con của nó …

 Có thể sử dụng các thuật toán đệ quy để tìm kiếm!

 Xử lý cây con bên trái

 Xử lý cây con bên phải

 Xử lý cây con bên trái

 Xử lý cây con bên phải

 Xử lý dữ liệu ở nút gốc

Lưu trữ cây

 Ví dụ của chúng ta lưu giá trị theo một cách đặc biệt

 Quy luật lưu trữ dữ liệu trong cây nhị phân

 Dữ liệu ở cây con bên trái nhỏ hơn dữ liệu gốc

 Dữ liệu ở cây con bên phải lớn hơn dữ liệu gốc

 2 quy tắc trên được áp dụng đệ quy với từng cây con

 Cây sử dụng cơ chế lưu trữ:

 Được gọi là cây nhị phân tìm kiếm (Called binary search tree - BST)

 Duyệt cây:

Inorder  values "in order"

Preorder  "prefix" notation Postorder  "postfix" notation

Tóm tắt

46

 Nút là cấu trúc hoặc đối tượng của lớp

 Danh sách liên kết

 Kết thúc của danh sách liên kết với con trỏ NULL

 Ngăn xếp có cấu trúc LIFO

 Hàng đợi có cấu trúc FIFO

 Xây dựng iterator cho phép duyệt qua phần tử dữ liệu trong cấu trúc dữ liệu

 Cấu trúc dữ liệu cây

 Cây nhị phân tìm kiếm

Giáo trình Tham khảo

 Giáo trình chính: W Savitch, Absolute C++, Addison